Isıyı4, ilkin duyularımızla algılarız. “Bu çorba sıcak, bu ev soğuk” deriz. Sıcaklık kavramı, ilkel insanda niteldi ve dokunma duyusuyla kavranıyordu. Sıcaklık kavramının nicel kavranmasına, fizyolojik etkinliğimiz yeterli olmamakta ve kimi zaman bizi yanılgılara götürmektedir. Biri sıcak, biri ılık, ötekisi de soğuk suyla dolu üç kap alalım. Sol el sıcak, sağ el soğuk suya batırılsın. Sonra her ikisini çıkarıp ılık suya sokarsak, soğuk sudan çıkan elimiz ılık suyu, sıcak sudan çıkana göre daha sıcak algılar, yani sol elimizi “soğuk”, sağ elimizi ise “sıcak” suya sokmuş duyusunu ediniriz.
Nesnelerin ısıl nitsliklerindeki derecelemeyi yapmak üzere, “sıcak”, “ioğuk” gibi nitel terimler yerine, “sıcaklık” gibi nicel bir terim koymak zorunda kalınmıştır. “Sıcaklık” dediğimiz bu niteliğin ölçümü için de “termometre” denen bir nesnel yargılama aracı bulununca birinin “sıcak” dediğine bir başkasının “soğuk” demesi önlendiği gibi, “hava sıcaklığı 23°C’dır” türünden, doğruluğu belirlenebilir önermeler de elde ederiz. Nitekim, bilim dili günlük dildeki birçok sözcüklerin belirsizliğini böyle nicel ölçü birimlerini kabul ederek gidermektedir. Günlük dilde “X uzundur” gibi bir anlatımın yerini, bilim dilinde “X’in uzunluğu Y metredir” türünden anlatım almıştır.
Fiziksel ısı kuramı, sıcaklık ölçümü yoluyla, ısının “nesnel” ölçümüyle başlamıştır. Deneyimlerden öğrenildiği üzere, “ısı”, cisimlerin uzaması ve genleşmesiyle bağlantılıdır. Sıcaklığın öznel kestirimi yerine, nesnel ölçek koymak üzere uygun bir yöntem, artan sıcaklıkla
* Dicle Üniversitesi, Fen – Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü Diyarbakır,
tüm cisimlerin hacimlerinin artmasıdır. B göre, termometre içindeki cıva, ısındıkça selir. Civa iplikçiğinin uzunluğu sıcaklığın ölçüsü olur.
Drebbel von Alkmar, 1008 yılında bir y sında Şekil 1’de görülen deneyi anlatmış: Isıtılan boynuzlu imbiğin suya daldırılmış ucu dan kabarcıklar halinde hava çıkmaktadır. At söndürülüp imbik soğutulduğunda, çıkmış ol havaya karşılık gelecek oranda su, imbiğin i. r,e doğru emilmektedir. Alkmar’dan önce 159: lerde Galilei (1564-1642) havanın genişlemes ni, ısı durumunun nitelenmesinde kullanmış” (Şekil 2). Böylece ona, termometrenin buluc-‘ su da denebilir. İlkeJ hava termometresinin t~ mel noksanlıkları, gösterdiği değerin büyük ö’-çüde hava basıncına bağlı olması ve ölçeğin tümüyle isteğe bağlı olarak derecelendirilmesi idi. Buna göre de çeşitli hava termometreleri, aynı sıcaklıkta farklı derecelerde değerler göstermiş oluyordu.
İlk cıvalı termometre 1620’lerde, çalışma sıvısı olarak suyun kullanıldığı termometreler ise 1630’larda yapılmıştır. Alkollü (ispirtolu) termometreler ise daha sonraları ortaya çıkmıştır.
Bilimsel sıcaklık ölçümünde ilk belirleyici adımı, Gabriel Daniel Fahrenheit (1686-1736) atmıştır. Hollanda’da fisjk öğrenimi görmüş ve bir ara da İngiltere’de bulunmuş olan Fahrenheit. sonunda camcı ve meteoroloji aygıtları yapımcısı olarak Amsterdam’a yerleşmiştir. Yaptığı değerli aygıtların sonucunda Londra’daki Royal Scciety’nin seçkin bir üyesi olan Fahrenheit, termometrelerinde bir sıvının, özellikle de cıvanın genişlemesinden yararlanmıştır. Fahren-heit’in termometresinin ölçeğinde suyun donma noktası 32°’ye, kaynama noktası ise 212°’ye karşılık geliyordu. Fransız Reaumur (1683-1757) ise, alkol kullanmış ve suyun donma ve kaynama noktaları arasını 80 eşit bölmeye ayırmıştır. Günümüzde yaygın olarak kullanılan ölçek ise, isveçli astronom Anders Celsius (1701 -1i744) ‘unkidir. Celsius, Uppsala’daki araştırma merkezinde çalışırken, yinelenebilir iki temel sıcaklığı kesin tanımlı sabit değerler olarak bilim dünyasına sunmuştur (1742). 760 mmHg’-lık normal barometre düzeyi için buzun ergime noktasını 0°C, suyun kaynama noktasını da 100°C kabul etmiştir. “Celsius ölçeği” olarak bilinen bu dereceleme, pratik gereksinmelere çok uygun düşmekteydi. Ne yazık ki, “Fahrenheit ölçeği” bugüne dek Anglosakson ülkelerinde inatla kullanılmıştır. İngilizler 100 derece (°F) ateşle hasta yattıklarını söylerken (bu değer Celsius ölçekli termometrede 37,8°C’a karşılık gelir) şaşırtıcı olmaktadır.
Cıvalı termometre kullanımı, cıvanın —37°C’-da donması nedeniyle bu sıcaklıkta bir alt sınıra sahiptir. Bu durumda ilgi, gazlara yönelmiştir. Helyum, hidrojen ya da azot dışında tüm gazlar, düşük basınçlarda benzer davranış gösterirler. Her gaz, yeterince düşük basınçlarda “ideal” davranır ve böyle bir ideal gazın basıncının sabit hacimde sıcaklıkla çizgisel artması, sıcaklık ölçümünü sağlar. Bir gazın hacmi sıfırdan küçük olamaz. O halde sıcaklık da, hacmin sıfırına karşılık olan değerden daha küçük bir değeri alamaz ve bu sıcaklık değeri, “sıcaklık sıfırı” ya da “mutlak sıfır noktası” diye adlandırılır. Bu nekta, Celsius ölçeğinin sıfır noktasının 273,2° aşağısındadır. Böylece, başlangıç noktası Celsius ölçeğinde —27312°C’a karşılık gelen ölçeğe “Kelvin ölçeği” denir. Nernst ısı kuramı, mutlak sıfır noktasına (—273,2°C’a) ulaşılamayacağını söyler. Evrende sarmal biçimli yıldız sistemlerinin dışında sıcaklık, yalnızca bir derecenin kesri kadar mutlak sıfır noktasının yukarısındadır.
Şuna dikkat edilmelidir ki, hiç bir gerçek
gaz, mutlak sıfır noktasına yaklaşıldığında ideal gazın hal denklemine uymaz. Gazlar, artan soğutma durumlarında, ideal gaz davranışından saparlar ve sonunda sıvılaşırlar. Helyum gazı bile —259°C’da sıvılaşır. Bu nedenle, mutlak sıfır noktasının varlığı, ideal gazın hal denkleminden yalnızca varsayımsal {hipotetik) olarak türetilmektedir.
Sıcaklık ölçmede, maddelerin sıcaklıkla çizgisel değişen öteki özellikleri de kullanılabilir. Örneğin; platin telin elektriksel direncinin, uygun bir metal ya da alaşım telin uzunluğunun, iki metal ya da alaşım arasındaki değme geri-lirrvinin, ısıtılmış cisimlerin yüksek sıcaklıklardaki ışıma yeteneğinin ve başka özelilklerin sıcaklıkla çizgisel değişiminden termometre yapımında yararlanılmaktadır. Daha gelişkin sıcaklık ölçme araçlarının yapımı, 2. Dünya Savaşı sonrasında hız kazanmıştır. Gelişmekte olan kimya’ sanayi, üretim sırasında sıcaklığın sürekli denetimini ve yüksek sıcaklıkların ölçümünü gerektirmekteydi. Böylece manometrik termometreler, uzama termometreleri, termoçiftler, direnç termometreleri, termistorlar, termoelektrik pirometreler, cptik pirometreler, radyasyon,
piormetreleri gibi yeni teknikler geliştirilmiştir.
Celsius ölçeğindeki sıcaklıklara göre maddelerin çeşitli davranışları konusunda yandaki çizelge verilebilir . ■
SICAKLIK VE OLAYLAR
• Antremanları sırasında atletlerin vücut sıcaklıklarının 42°C’a kadar yükselmesi pek olağan dışı bir durum sayılmaz. Ancak normal bir insanda, vücut sıcaklığının bu kadar yükselmesi, öldürücü olabilir.
• Ergime noktası çok düşük olan metallerden birisi de Galyumdur. Öyle ki, yumuşak, gümüş beyazı rengindeki bu metali, avucunuzun içine alıp oğuşturduğunuzda, katı halini yitirip eridiğini görürsünüz. Galyumun ergime noktası 30 C’dır.
• Soğuktan tüylerin ürpermesi, atalarımızın 100.000 yıl önce terkettikieri bir davranışyı kalıntısı olup; vücudun, üşüdüğümüz zaman kıl örtüsünü kabartmak girişimidir. Bir hayvanın tüyleri kabardığı zaman, deri ile kürk yüzeyi arasında genişleyen hava tabakası hayvanın vücudunu izcle eder.
10’2 (°C) 10″ (°C)
ıo’° rc>
10’ (°C)
10* (°C)
107 (°C) 106 ( C) 100 000°C
10 000 c
1000°C
100C
Madde ve ışıma aynıdır
Atom çekirdeğinin parçalanması
Ağır atom çekirdeklerinin parçalanması
20 milyon derece: Güneşin iç kısmının sıcaklığı
– Atom dönüşümleri: Hidrojenden helyum
Çekirdek tepkimelerinin başlaması
Tüm kimyasal bileşikler parçalanır
10°C 0°C —10 C
—100°C
—273,2°C
6000 C : Güneşin yüzey sıcaklığı 3000°C : Çoğu maddeler buharlaşır
Tüm maddeler akkor durumuna gelir (Altın ve gümüşün erim« noktası)
– Suyun kaynama noktası
55’C : Pratikçe üst yaşam sınırı (Protein bozunması)
Oda sıcaklığı Buzun ergime noktası
(—25°C): Alt yaşam sınırı (yaklaşık)
(—183°C) : Oksijenin kaynama noktası
(—253°C) : Hidrojenin kaynama noktası
– (—269°C) : Helyumun kaynama noktası
– Mutlak sıfır noktası
